The pattern of socio-ecological systems. A focus on energy, human activity, value added and material products

Abstract

Esta tesis trata del desarrollo de herramientas analíticas dentro de un innovador marco teórico con el objetivo de generar datos cuantitativos más útiles en relación al análisis de la sostenibilidad. En particular, el enfoque metodológico explorado quiere integrar la información cuantitativa referente a diferentes dimensiones de análisis (económico, demográfico, social, biofísico y ambiental), así como diferentes escalas (macro-regional, regional y nacional) y diferentes niveles (el total de la economía, sus sectores y subsectores). Como se analiza en detalle en el capítulo 3, cada vez es más evidente que el análisis biofísico ha de ser más holístico. Asimismo, tiene que ser capaz de contextualizar y dar sentido a las evaluaciones cuantitativas concretas que produce. Los indicadores agregados que se refieren a toda la economía o los coeficientes técnicos específicos que describen procesos individuales, no son coherentes entre sí, y cuando se usan aisladamente no proporcionan información confiable sobre el funcionamiento de la economía. El innovador marco teórico utilizado para esta investigación es el Análisis Integrado Multiescalar del Metabolismo Societal y Ecosistémico (MuSIASEM de sus siglas en inglés), el cual permite desarrollar un análisis cuantitativo relacional capaz de manejar múltiples escalas y dimensiones, tal como se requiere para abordar temas de sostenibilidad. El objetivo de este método (y el de mis exploraciones) ha sido la identificación de los factores más relevantes que deben considerarse para estudiar el comportamiento del patrón metabólico de las sociedades modernas. Mi investigación se inicia con una aplicación básica de los métodos de MuSIASEM, comparando los cambios de las economías de China e India durante el período entre 1971 y 2010 (Capítulo 2). Adoptando un procedimiento ya establecido, este análisis se basa en datos referentes a la energía (medida en equivalente de energía bruta requerida), el valor añadido y la actividad humana en tres niveles de análisis: (i) la sociedad en conjunto; (ii) el sector del trabajo remunerado frente al de los hogares, y (iii) el conjunto de sectores económicos compuestos por la agricultura, la industria y los servicios. Este análisis sirvió para identificar relevantes factores que afectaron los patrones metabólicos de estos dos grandes países: su estructura demográfica, el nivel de capitalización de sus diferentes sectores o los distintos efectos que estas capitalizaciones generaron sobre el nivel de vida material en los hogares. Posteriormente, se desarrolla un nuevo protocolo de análisis capaz de contabilizar diferentes tipos de energía según sus distintas cualidades. Esto fue requerido dada la insatisfactoria contabilidad de los indicadores biofísicos existentes (Capítulo 3). La contabilidad de "energía" ya no se realiza en Julios de energía bruta, sino utilizando diferentes categorías de "Julios" que se refieren a distintos vectores energéticos (electricidad, combustibles y calor de proceso). Con el fin de aplicar el nuevo protocolo, se realiza un gran estudio de caso considerando el patrón metabólico de los países europeos (UE27 + Noruega). Asimismo, este análisis se lleva a cabo a través de diferentes escalas, llegando a distinguir hasta 13 subsectores dentro del sector de la Manufactura y la Construcción (Capítulo 4). Finalmente, la última exploración de las potencialidades del enfoque está relacionada con un intento de incluir la contabilidad de flujos de materiales, empezando por el análisis de los productos producidos y el nivel de importaciones y exportaciones de un subsector del sector industrial (Capítulo 5). El análisis demuestra que este enfoque puede utilizarse eficazmente para: (i) identificar categorías relevantes de los procesos de producción que tienen lugar a niveles inferiores del de subsector, y (ii) caracterizar el nivel de apertura de los subsectores (el grado de externalización a otros sistemas socio-ecológicos). Este último análisis se realiza para 22 países de la UE.

This thesis is about the development of analytical tools within an innovative theoretical framework, with the goal of generating more useful quantitative data in relation to the analysis of sustainability. In particular, the methodological approach explored here wants to integrate quantitative information referring to different dimensions of analysis (economic, demographic, social, biophysical and environmental), different scales (macro-regional, regional and national) and different levels of analysis (whole economy, economic sectors and subsectors). As discussed in detail in Chapter 3, it is becoming more and more evident that biophysical analysis has to become more holistic. It has to be capable of contextualizing and giving meaning to the individual quantitative assessments it produces. Aggregate indicators referring to the whole economy or to specific technical coefficients describing individual processes are not coherent with each other and when used in isolation do not provide reliable information about the performance of the economy. The innovative theoretical framework I used for my exploration is the Multi-Scale Integrated Analysis of Societal and Ecosystem Metabolism (MuSIASEM), which allows developing a quantitative relational analysis capable of dealing with multiple scales and dimensions, as required for dealing with sustainability issues. The goal of the method (and of my explorations) has been the identification of the relevant factors that have to be considered in order to study the performance of the metabolic pattern of modern societies. My research started – Chapter 2 - with a basic application of MuSIASEM’s methods to compare the changes in the performance of the economies of China and India in the period between 1971 and 2010. Adopting the established accounting procedure, this analysis was based on data referring to energy (measured in gross energy requirement), value added and human activity at three levels of analysis: (i) average society; (ii) paid work vs. households, and (iii) the set of economic sectors made up of agriculture, industry and services. This analysis identified relevant factors affecting the metabolic patterns of these two big countries: their demographic structure, the level of capitalization of their different sectors or the different effects that this capitalization generated on the material standard of living in the household sector. Afterwards, I developed a new protocol of analysis able to keep the accounting of energy forms of different qualities separate. This was required by the unsatisfactory situation with existing biophysical indicators of performance (Chapter 3). The accounting of “energy” was no longer done in Joules of gross energy requirement, but using different categories of “Joules” referring to different energy carriers (electricity, fuels and process heat). In order to apply the new protocol across different scales, it was applied to a large case study, by considering the metabolic pattern of European countries (EU27 + Norway). Moreover, this analysis was carried out across many levels, arriving to distinguish up to 13 subsectors inside the Manufacturing and Construction sector (Chapter 4). Finally, the last exploration of the potentialities of the approach was related to an attempt to include material flow accounting, starting with the analysis of the products produced and the level of imports and exports of a subsector of the industrial sector (Chapter 5). The analysis shows that the approach can be effectively used to: (i) identify relevant categories of production processes taking place at lower levels than subsectors, and (ii) characterize the level of openness of the subsectors (the degree of externalization to other socio-ecological systems). This last analysis was carried out for EU22 countries.